Question

4．一個(gè)額定電壓是2.5V的小燈泡，正常工作時(shí)的電阻約為10Ω．小明想測(cè)量它的額定功率．現(xiàn)有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關(guān)各1個(gè)、規(guī)格分別為“10Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑動(dòng)變阻器2個(gè)，導(dǎo)線若干．

（1）小明設(shè)計(jì)了圖甲所示電路，他應(yīng)選用規(guī)格為“50Ω0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（2）圖乙是小李連接的實(shí)物圖，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，經(jīng)檢查是由于一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在圖乙中連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并補(bǔ)畫出正確的連線．
（3）小李移動(dòng)滑片，獲得多組對(duì)應(yīng)的電壓、電流值，繪出如圖丙所示的I-U圖象，則小燈泡的額定功率為0.5W，正常發(fā)光時(shí)的電阻為12.5Ω．當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，小燈泡的電阻值將增大（選填“增大”或“減小”）．
（4）完成實(shí)驗(yàn)后，小明又利用其他器材對(duì)這只小燈泡的額定功率進(jìn)行了測(cè)定．圖丁是他設(shè)計(jì)的電路，其中的“”為變阻箱符號(hào)，變阻箱不但能像滑動(dòng)變阻器一樣調(diào)節(jié)變阻，還能讀出任何時(shí)候的電阻值，請(qǐng)補(bǔ)充完整實(shí)驗(yàn)步驟并寫出測(cè)定額定功率的表達(dá)式．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①首先閉合S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②斷開S₁，閉合S₂，保持變阻器的滑片P不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)為R；p_額=$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，由串聯(lián)電路特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動(dòng)變阻器；
（2）測(cè)量小燈泡的額定功率，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，滑動(dòng)變阻器與小燈泡串聯(lián)；
（3）當(dāng)燈泡電壓等于其額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光，由圖丙找出額定電壓對(duì)應(yīng)的額定電流，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的額定功率，由R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值阻值發(fā)生變化，根據(jù)串分壓的知識(shí)可判斷小燈泡兩端的電壓變化，由乙圖得出小燈泡的電阻變化；
（4）測(cè)燈泡額定功率需要測(cè)出燈泡的額定電流與額定電壓，現(xiàn)在只有電壓表而沒有電流表，可先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡兩端的電壓等于額定電壓，再用電阻箱的阻值替代小燈泡的阻值，由電功率公式求出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）小燈泡的額定電壓是2.5V，正常工作時(shí)的電阻約為10Ω，則小泡正常發(fā)光時(shí)，通過小燈泡的電流約是I'=$\frac{{U}_{L}}{R'}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R'=$\frac{{U}_{滑}}{I'}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，所以應(yīng)選擇“50Ω 0.5A”的滑動(dòng)變阻器；
（2）由圖乙所示電路圖可知，電壓表串聯(lián)在電路中，小燈泡與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，滑動(dòng)變阻器與小燈泡串聯(lián)，電路圖如下圖所示：

（3）由丙圖象知當(dāng)小燈泡兩端的電壓等于額定電壓U_L=2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流I_L=0.2A，則小燈泡的額定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W；
小燈泡的電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值阻值變小，根據(jù)串分壓的知識(shí)可判斷小燈泡兩端的電壓變大，由丙圖得可知，小燈泡兩端的電壓越大，電阻$\frac{U}{I}$越大，則當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，小燈泡的阻值增大；
（4）利用電阻箱可以等效替代小燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值：斷開S₁，閉合S₂，保持變阻器的滑片P不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)為R，此時(shí)電阻箱的阻值和小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻大小相等；
小燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=U_額$\frac{{U}_{額}}{R}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．
故答案為：（1）“50Ω 0.5A”；（2）如上圖所示；（3）0.5；12.5；增大；（4）調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)為R；$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器的選擇、連接電路圖、電表讀數(shù)、求燈泡電功率和燈泡電阻，燈泡的電阻變化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等，是實(shí)驗(yàn)的常考內(nèi)容，難點(diǎn)是應(yīng)用等效法測(cè)出燈泡電阻，知道實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是正確解題的關(guān)鍵．